อธิบาย: อะไรทำให้ยานสำรวจ Perseverance ของ NASA ลงจอดบนดาวอังคารยาก

โดยปกติ การเดินทางไปดาวอังคารซึ่งอยู่ห่างออกไป 300 ล้านไมล์ จะใช้เวลาประมาณเจ็ดแปดเดือน Perseverance เปิดตัวเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2020 ระหว่างช่วงที่ดาวอังคารและโลกอยู่ใกล้กันมากที่สุด

รถแลนด์โรเวอร์ Perseverance ใช้สว่านเพื่อรวบรวมตัวอย่างหินบนดาวอังคารในเอกสารประกอบภาพประกอบแนวความคิดทางศิลปะที่ไม่ระบุวันที่นี้ (NASA/JPL-Caltech/เอกสารแจกผ่าน Reuters)

ในวันพฤหัสบดีที่ Perseverance rover ของ NASA คาดว่าจะลงจอดที่ Jezero Crater บน Red Planet หลังจากนั้นจะกลับมาทำงานเพื่อค้นหาสัญญาณของชีวิตที่ผ่านมา

การลงจอดเป็นขั้นตอนที่สั้นที่สุดแต่เป็นขั้นตอนที่สำคัญและยากที่สุดของภารกิจ NASA กล่าวว่าเนื่องจากเป็นเรื่องยาก มีเพียง 40 เปอร์เซ็นต์ของภารกิจที่เคยส่งไปยังดาวอังคารโดยหน่วยงานอวกาศทั่วโลกที่ประสบความสำเร็จเพราะ หลายร้อยสิ่ง ต้องไปทางขวาเพื่อกัดเล็บ

เพื่อให้บริบทบางอย่างเกี่ยวกับความยากลำบากในการเปิดตัวภารกิจเช่นนี้ มีตัวอย่างของนักคณิตศาสตร์ด้านการวิจัย Katherine Johnson ในภาพยนตร์ปี 2016 ตัวเลขที่ซ่อนอยู่ Taraji P. Henson รับบทเป็น Johnson ที่ทำงานเพื่อหาการคำนวณที่แม่นยำซึ่งกำหนดวิถีโคจรของแคปซูลที่จะปล่อย John Glenn สู่อวกาศในปี 1962

ภารกิจอื่นๆ สู่ดาวอังคาร

ภารกิจอื่นของ Mars คือ Al Amal (Hope) ของ UAE ซึ่งเป็นภารกิจแรกของโลกอาหรับ เข้าสู่วงโคจรของดาวอังคารเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว . อย่างไรก็ตาม นี่เป็นภารกิจโคจรและไม่เกี่ยวข้องกับการลงจอดบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ นอกจากสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์แล้ว จีนยังเปิดตัวภารกิจดาวอังคารในช่วงเดือนกรกฎาคม-สิงหาคม

ในแง่ของภารกิจอวกาศที่มีความทะเยอทะยานดังกล่าว นักโหราศาสตร์บางคนได้แสดงความกังวลเกี่ยวกับ 'การปนเปื้อนระหว่างดาวเคราะห์' ที่เป็นไปได้ นี่หมายถึงการขนส่งจุลินทรีย์จากโลกไปยังเทห์ฟากฟ้าอื่น ๆ และนำจุลินทรีย์จากนอกโลกกลับมายังโลก คณะกรรมการวิจัยอวกาศ (COSPAR) กำหนด 'นโยบายปกป้องดาวเคราะห์' ที่มุ่งจำกัดจำนวนจุลินทรีย์ที่ส่งไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น รวมทั้งดูแลให้ชีวิตมนุษย์ต่างดาวไม่ก่อให้เกิดความหายนะต่อโลก

ยานอวกาศไปถึงดาวอังคารได้อย่างไร?

โดยปกติ การเดินทางไปดาวอังคารซึ่งอยู่ห่างออกไป 300 ล้านไมล์ จะใช้เวลาประมาณเจ็ดแปดเดือน Perseverance เปิดตัวเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2020 ระหว่างช่วงที่ดาวอังคารและโลกอยู่ใกล้กันมากที่สุด หน้าต่างนี้มีความสำคัญเนื่องจากดาวเคราะห์ทั้งสองโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยความเร็วที่ต่างกัน และทุก ๆ สองปีดาวเคราะห์จะอยู่ในตำแหน่งที่พวกมันอยู่ใกล้กันมากที่สุด หน่วยงานด้านอวกาศต้องการส่งยานอวกาศของพวกเขาในช่วงหน้าต่างนี้ เนื่องจากระยะทางที่ใกล้กว่าหมายถึงการใช้เชื้อเพลิงจรวดน้อยลง

ตาม an วิเคราะห์โดย Purdue University ค่าใช้จ่ายของจรวดเชื้อเพลิงแข็งอยู่ที่ประมาณ 5 เหรียญสหรัฐต่อกิโลกรัม อย่างไรก็ตาม รถแลนด์โรเวอร์ Perseverance ขนาดเท่ารถยนต์ใช้ระบบพลังงานนิวเคลียร์ ในอีกเกือบ 30 ปี มันจะกลายเป็นรถแลนด์โรเวอร์คันแรกที่ใช้พลูโทเนียมที่ผลิตในประเทศซึ่งสร้างโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติในสหรัฐอเมริกา รถแลนด์โรเวอร์จะใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จะแปลงความร้อนที่เกิดจากการสลายตัวตามธรรมชาติของพลูโทเนียม -238 ให้เป็นไฟฟ้า ซึ่งจะทำให้รถแลนด์โรเวอร์และเครื่องมือทำงานต่อไปเมื่อลงจอดบนดาวอังคาร

ค่าใช้จ่ายของภารกิจ Perseverance คืออะไร?

NASA คาดว่าจะใช้เงิน 2.7 พันล้านดอลลาร์ในภารกิจ ซึ่งรวมถึงการพัฒนายานอวกาศ การดำเนินการเปิดตัว และค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาการปฏิบัติการเมื่อลงจอดบนดาวอังคาร

ตาม สมาคมดาวเคราะห์ การใช้พลูโทเนียม -238 เป็นเชื้อเพลิงทำให้ต้นทุนของภารกิจสูงขึ้น เนื่องจากวัสดุนิวเคลียร์เชื่อมโยงกับกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยที่ยกระดับขึ้น ค่าใช้จ่ายทั้งหมดของภารกิจเทียบเท่ากับจำนวนเงินที่ Google ทำในหกวันหรือจำนวนเงินที่ชาวอเมริกันใช้ไปกับสัตว์เลี้ยงของตนทุกๆ 10 วันหรือเทียบเท่ากับ 33 ชั่วโมงในการดำเนินกิจการกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ สังคมกล่าว

เข้าร่วมเดี๋ยวนี้ :ช่องโทรเลขอธิบายด่วน

ทำไมการลงจอดบนดาวอังคารจึงยาก

การเข้า การลง และการลงจอด (EDL) คือสิ่งที่เรียกว่าเฟสที่เข้มข้นที่สุดของภารกิจ Mars 2020 เพื่อให้รถแลนด์โรเวอร์ Perseverance ลงจอดบนดาวอังคารได้สำเร็จ มีหลายสิ่งที่ต้องทำให้ถูกต้อง ระยะ EDL เริ่มต้นเมื่อรถแลนด์โรเวอร์จะไปถึงชั้นบรรยากาศดาวอังคารเดินทางด้วยความเร็ว 20,000 กม. ต่อชั่วโมง ความท้าทายสำหรับรถแลนด์โรเวอร์คือการลดความเร็วจากประมาณ 20,000 กม. ต่อชั่วโมงเป็นศูนย์ และในขณะเดียวกันก็ร่อนลงบนพื้นผิวแคบๆ บนปล่องภูเขาไฟ

NASA กล่าวว่าระยะ EDL จะสิ้นสุดในเจ็ดนาทีเมื่อรถแลนด์โรเวอร์หยุดนิ่งบนพื้นผิวโลก หลังจากนี้ เบรกจะต้องใช้อย่างระมัดระวัง สร้างสรรค์ และท้าทาย

สิบนาทีก่อนจะขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ รถแลนด์โรเวอร์จะปลดขั้นตอนการล่องเรือ ซึ่งประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ วิทยุ และถังเชื้อเพลิงที่ใช้ระหว่างเที่ยวบิน เฉพาะเปลือกป้องกันซึ่งประกอบด้วยรถแลนด์โรเวอร์และระยะโคตรจะเดินทางไปยังพื้นผิวของดาวเคราะห์ ตอนนี้เป็นยานอวกาศ เข้าสู่พื้นผิวดาวอังคาร มันจะชะลอตัวลงโดยการลาก ซึ่งก็คือเมื่อแรงเสียดทานของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ทำงานกับพื้นผิวของยานอวกาศ ซึ่งจะทำให้มันช้าลงและลดระดับความสูงในวงโคจรของดาวเคราะห์

ในขณะที่แรงลากทำให้ยานอวกาศช้าลง แต่ก็ยังทำให้ยานอวกาศร้อนขึ้นและความร้อนสูงสุดจะเกิดขึ้นประมาณ 80 วินาทีหลังจากที่รถแลนด์โรเวอร์เข้าสู่ชั้นบรรยากาศ แต่สิ่งนี้ไม่ส่งผลกระทบต่อรถแลนด์โรเวอร์ซึ่งอยู่ภายในเปลือกโลกที่อุณหภูมิห้อง

ขณะที่กำลังเคลื่อนลงมาในชั้นบรรยากาศ ยานอวกาศจะต้องยิงเครื่องขับดันขนาดเล็กเพื่อให้อยู่บนเส้นทาง เนื่องจากยานอวกาศลำเล็กๆ ที่มีความหนาแน่นต่างกันสามารถเคลื่อนตัวออกนอกเส้นทางได้ ต่อจากนั้น แผงป้องกันความร้อนจะทำให้ยานอวกาศช้าลงเป็น 1,600 กม. ต่อชั่วโมง จากนั้นจึงปล่อยร่มชูชีพความเร็วเหนือเสียง (ประมาณ 240 วินาทีหลังจากเข้า)

20 วินาทีหลังจากกางร่มชูชีพ แผ่นกันความร้อนจะแยกออกจากกัน และยานสำรวจจะสัมผัสกับชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์เป็นครั้งแรก ณ จุดนี้ ร่มชูชีพกำลังทำงานเพื่อทำให้รถช้าลงอีก แต่เนื่องจากชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเบาบาง ยานพาหนะยังคงเดินทางสู่พื้นผิวด้วยความเร็ว 320 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ดังนั้น สำหรับการลงจอดอย่างปลอดภัย รถแลนด์โรเวอร์จำเป็นต้องละทิ้งร่มชูชีพและเดินทางต่อไปโดยใช้จรวด ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของขั้นตอนการลงจอด ซึ่งเครื่องยนต์จะติดไฟเมื่อรถแลนด์โรเวอร์อยู่เหนือพื้นผิวประมาณ 2,100 เมตร

ความเร็วลงมาขั้นสุดท้ายของรถแลนด์โรเวอร์อยู่ที่ประมาณ 2.7 กม. ต่อชั่วโมง ซึ่งช้ากว่าที่คนทั่วไปสามารถเดินเท้าได้ภายในหนึ่งชั่วโมง หรือประมาณ 5 กม. ในขั้นตอนนี้ เหลือเวลาประมาณ 12 วินาทีสำหรับการทำทัชดาวน์บนพื้นผิวที่ความสูงประมาณ 66 ฟุตเหนือพื้นผิว รถแลนด์โรเวอร์จะถูกหย่อนลงบนชุดสายเคเบิล เมื่อรถแลนด์โรเวอร์สัมผัสได้ว่าล้อของมันแตะพื้น มันจะตัดสายเคเบิล ซึ่งทำให้พวกมันร่อนลงบนพื้นอย่างอิสระโดยที่ไม่มีใครควบคุม ซึ่งอยู่ห่างจากรถแลนด์โรเวอร์ที่ไหนสักแห่ง

จรวด United Launch Alliance Atlas V บรรทุกยาน Mars 2020 Perseverance Rover ของ NASA ออกจากสถานีกองทัพอากาศ Cape Canaveral ใน Cape Canaveral รัฐฟลอริดา สหรัฐอเมริกา 30 กรกฎาคม 2020 (NASA/Joel Kowsky/Handout via Reuters)

รถแลนด์โรเวอร์ Perseverance จะทำอะไรบนดาวอังคาร?

ความเพียรจะใช้เวลาหนึ่งปีบนดาวอังคาร (สองปีบนโลก) บนโลกในระหว่างที่มันจะสำรวจพื้นที่เชื่อมโยงไปถึง ปล่องภูเขาไฟ Jezero ที่จะลงจอดนั้นเคยเป็นที่ตั้งของสามเหลี่ยมปากแม่น้ำโบราณ (นักวิทยาศาสตร์รู้เรื่องนี้เนื่องจากหลักฐานที่รวบรวมได้ในระหว่างการลงจอดและการโคจรครั้งก่อนซึ่งชี้ให้เห็นสภาพเปียกบนดาวเคราะห์เมื่อหลายพันล้านปีก่อน)

หากดาวอังคารเคยมีบรรยากาศที่อุ่นขึ้นทำให้น้ำสามารถไหลได้ในสมัยโบราณ (3.5-3.8 พันล้านปีก่อน) และหากมีจุลินทรีย์อาศัยอยู่บนนั้น ก็เป็นไปได้ว่าอาจมีอยู่ในภูมิภาคพิเศษแม้กระทั่งในปัจจุบัน

รถแลนด์โรเวอร์กำลังแบกอุปกรณ์เจ็ดชิ้น ซึ่งรวมถึงระบบกล้องขั้นสูงที่มีความสามารถในการซูม SuperCam ซึ่งเป็นเครื่องมือที่จะให้ภาพและการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีและสเปกโตรมิเตอร์ หนึ่งในเครื่องมือที่น่าสนใจที่สุดบนยานสำรวจคือ MOXIE ซึ่งจะผลิตออกซิเจนจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร หากเครื่องมือนี้ประสบความสำเร็จ นักบินอวกาศในอนาคต (ณ ตอนนี้ ยังไม่มีใครเหยียบดาวอังคาร) สามารถใช้เครื่องมือนี้ในการเผาเชื้อเพลิงจรวดเพื่อกลับสู่โลก

รถแลนด์โรเวอร์จะบรรทุก Ingenuity ซึ่งเป็นเฮลิคอปเตอร์ลำแรกที่บินบนดาวอังคาร ซึ่งจะช่วยเก็บตัวอย่างจากพื้นผิวจากตำแหน่งที่รถแลนด์โรเวอร์ไม่สามารถไปถึงได้ โดยรวมแล้ว รถแลนด์โรเวอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อศึกษาสัญญาณแห่งชีวิตในสมัยโบราณ เก็บตัวอย่างที่อาจถูกส่งกลับมายังโลกในระหว่างภารกิจในอนาคต และทดสอบเทคโนโลยีใหม่ที่อาจเป็นประโยชน์ต่อภารกิจในอนาคตของหุ่นยนต์และมนุษย์ที่มีต่อโลก

แบ่งปันกับเพื่อนของคุณ: